[論文レビュー] The EBLM project. II. A very hot, low-mass M dwarf in an eccentric and long period eclipsing binary system from SuperWASP

Y. Gómez Maqueo Chew, J. C. Morales+17 more|arXiv (Cornell University)|Aug 29, 2014

Stellar, planetary, and galactic studies被引用数 24

ひとこと要約

本論文は、EBLMプロジェクトから得られた最初の完全に分析された食連星系であるJ0113+31を提示している。この系は、金属量が少なく古く、太陽型の星と低質量のM型矮星から構成されている。星の進化モデルと整合的な質量および半径を示すが、M型矮星の効果温度（3922 ± 42 K）は予測値より約600 K高い。これは現在の理論的モデルに挑戦するものであり、系外惑星の主星の特徴を特定するにあたり、金属量に応じたM型矮星の性質に対する実験的制約の必要性を浮き彫りにしている。

ABSTRACT

In this paper, we derive the fundamental properties of 1SWASPJ011351.29+314909.7 (J0113+31), a metal-poor (-0.40 +/- 0.04 dex), eclipsing binary in an eccentric orbit (~0.3) with an orbital period of ~14.277 d. Eclipsing M dwarfs orbiting solar-type stars (EBLMs), like J0113+31, have been identified from WASP light curves and follow-up spectroscopy in the course of the transiting planet search. We present the first binary of the EBLM sample to be fully analysed, and thus, define here the methodology. The primary component with a mass of 0.945 +/- 0.045 Msun has a large radius (1.378 +/- 0.058 Rsun) indicating that the system is quite old, ~9.5 Gyr. The M-dwarf secondary mass of 0.186 +/- 0.010 Msun and radius of 0.209 +/- 0.011 Rsun are fully consistent with stellar evolutionary models. However, from the near-infrared secondary eclipse light curve, the M dwarf is found to have an effective temperature of 3922 +/- 42 K, which is ~600 K hotter than predicted by theoretical models. We discuss different scenarios to explain this temperature discrepancy. The case of J0113+31 for which we can measure mass, radius, temperature and metallicity, highlights the importance of deriving mass, radius and temperature as a function of metallicity for M dwarfs to better understand the lowest mass stars. The EBLM Project will define the relationship between mass, radius, temperature and metallicity for M dwarfs providing important empirical constraints at the bottom of the main sequence.

研究の動機と目的

• SuperWASPの光曲線から得られた新規に発見された食連星J0113+31の基本的性質を特徴づけ、低質量M型矮星の星の進化モデルを検証すること。
• M型矮星の観測された効果温度と理論的モデルによる予測との間の乖離を解明すること。
• 今後の系外惑星の主星研究に役立てるために、食連星内の低質量星の正確な質量、半径、温度、金属量の測定手法を確立すること。
• 主系列星の最下部におけるM型矮星の質量-半径-温度-金属量関係に対する実験的制約を強化すること。

提案手法

• SuperWASP調査の光曲線を用いて、食連星系J0113+31を検出し、特徴づけた。
• 地上望遠鏡（例：Hobby–Eberly Telescope, NOT, KPNO）からの径速度測定を用いて、軌道パラメータおよび成分の質量を決定した。
• FLAMINGOSおよび他の機器による近赤外の二次食深度を用いて、M型矮星の効果温度を導出した。
• 星の大気モデル（PHOENIX）および進化モデル（例：Dotter et al. 2008）を用いて、α要素の含有量や金属量を変化させた場合の観測された性質を解釈した。
• モデル大気処理、主星の特徴づけ、および未解像化の伴星による混入の可能性を検証することで、系統的不確実性を評価した。
• 観測された食深度と黒体放射およびモデル大気予測との比較を含め、温度の一貫性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 なぜJ0113+31の低質量M型矮星の効果温度は、星の進化モデルによる予測よりも顕著に高いのか？
• RQ2 モデル大気の不確実性、主星の特徴づけ、または未解像化の伴星による不確実性が、観測された温度乖離をどの程度説明できるのか？
• RQ3 潮汐加熱、磁気活性、または降着といった物理的メカニズムが、M型矮星の観測された温度過剰を説明できるだろうか？
• RQ4 金属量が低質量星の質量-半径-温度関係にどのように影響し、観測された乖離にどのような役割を果たすのか？
• RQ5 EBLMプロジェクトの手法が、系外惑星の主星特徴づけに用いるM型矮星の性質に対する頑健な実験的制約を提供できるだろうか？

主な発見

• J0113+31のM型矮星の効果温度は3922 ± 42 Kと測定され、理論的星の進化モデルによる予測値より約600 K高い。
• M型矮星の質量（0.186 ± 0.010 M⊙）および半径（0.209 ± 0.011 R⊙）は進化モデルと整合的であり、乖離は温度の決定にのみ起因していることが示された。
• 極端なα要素の増加（最大+1.2 dex）を含むモデル大気の不確実性を考慮しても、観測されたと予測された食深度の一致は得られず、温度過剰は依然として残存する。
• この系は古く（約9.5 Gyr）、金属量が低い（[Fe/H] = -0.40 ± 0.04 dex）ことが、主星の大きな半径とその分光的性質から示された。
• 主星の質量は0.945 ± 0.045 M⊙、半径は1.378 ± 0.058 R⊙であり、古く、金属量が少なく、進化した太陽型星と整合的である。
• 軌道の離心率は約0.3、周期は約14.277日であり、長周期で離心率の高い食連星系である。これは珍しく、星の進化モデルの検証に価値がある。